CC BY
15
Влияние рабочего тела на коэффициент преобразования теплового насоса
Канд. техн. на\'к И.К. IHATAJIOB РУЛИ.
Д.В. ТЕРЕХОВ ФГУП ММ ПП « Салют».
М.Ю. ФРОЛОВ ТЭЦ-28 ОАО "Мосэнерго "
Various refrigerants used in heat pumps are compared according to their effectiveness. Formula for approximate definition of COP is offered for various refrigerants. It is exposed that values of COP for refrigerants under consideration differ a little one from the other and are equal 4,6...5,2 at At = 25...35 °C.
Коэффициент преобразования парокомпрессионного теплоного насоса (ТН) без перс охлади тел я и перегрева к=ц/1^= 1 +гЦКт\К, (I)
где с/ - удельное количество теплоты, производимое ТН; /. - работа компрессора; г- скрытая теплота парообразования; г| - механический КПД компрессора.
£ =(/' — I )/ц =/ — / = с Д/. (2)
к ка в * 'к к в рт 4 '
где / — энтальпия на выходе из компрессора при адиа-батическом сжатии;
/в - энтальпия на входе в компрессор;
Д/ = / - !п - повышение температуры в компрессоре; с — средняя теплоемкость рабочего тела при сжатии.
Энтальпия и скрытая теплота парообразования определяются по таблицам термодинамических свойств рабочего тела.
Подставив (2) в (1), получим
к = 1 + гцк/(сгтМ). (3)
Из (3) следует, что коэффициент преобразования при данной величине Д/ тем больше, чем выше у рабочего тела величина г и меньше теплоемкость.
Скрытую теплоту парообразования можно найти по формуле Трутона:
г = 07УЦ, (4)
где 0 = 84...92 кД'кДкмоль-К). причем для водяного пара как исключение 0 = 109 кДж/(кмоль-К);
Т( — температура кипения.
Подставив (4) в (3), найдем
к= 1 +0ГдУ(м^А/)- <5>
Из этого уравнения видно, что при данной величине Д/коэффициент преобразования тем больше, чем выше у рабочего тела температура кипения и ниже мольная теплоемкость. Использование (5) позволяет лишь приближенно оценить влияние параметров рабочего тела на коэффициент преобразования, так как сжатие рабочего тела
происходит в области перегретого пара, где теплоемкость в большой степени зависит от температуры плавления.
Для оценки влияния типа рабочего тела был проведен сравнительный расчет величины к в зависимости от Д
н! и?.
где / — температура воды, поступающей к потребителю теплоты;
/в, — температура низкопотенциального источника тепла.
Температура /р принималась равной 10 и 20 °С. а величина Д/менялась за счет повышения г, с шагом ГС. Не-
н1
до грев рабочего тела в испарителе принимался равным 4 °С, а недогрев воды в конденсаторе 5 °С, перегрев рабочего тела перед компрессором 10 °С. КПД компрессора
0.8. его механический КПД — 0.95.
Ниже приведены значения к при Д/= 35 °С для разных хладагентов. Самые большие величины к у аммиака (4,49) и И.142Ь (4,42). У водяного пара к = 4,26, примерно столько же у К12 и К22. Смесевые хладагенты К404А и 11410А имеют наименьшие к. равные 3,36 и 3,62 соответ-
ственно.
Рабочее Коэффициент
тело преобразования
R 12 4.24
R 22 4.2
R 502 3.79
R 142Ь 4.42
R 134а 4.13
Смссь RC 3 IS 3.96
Смссь R401A 4,1
Смесь R404A 3,36
Смесь R410A 3,62
Изобутан R600a 4.32
Аммиак R717 4.49
Водяной nap R7IS 4.26
Рис. /. Зависимость коэффициента преобразования ТН от Д/ = /п| - гв1 для водяного пара К 71 Я, аммиака Л 7/ 7 и фреона К142Ь: /, = 10 °С:г|1 = 0,8
На рис. 1 приведены зависимости к =/(Д/) для водяного пара К718. аммиака Я717 и фреона Я142Ь. Видно, что все три рабочих тела имеют близкие к.
Величина теоретического коэффициента преобразования. подсчитываемая по обращенному циклу Карно, к, = Г„/ДГ. (6)
При ДГ= Д/= 35 ’С коэффициент преобразования к, = 9.1.
Поэтому, приближенно можно считать к = п к = пТ1/АТ=п(1 + 283/Д7), (7)
где /1 =ЛД, ~ поправочный коэффициент.
На рис. 2 приведена зависимость « от Д? при г = 10 °С, из которой видно, что при Д/ = 25...35 °С величина п = 0,4 — 0,45.
На рис. 3 приведены зависимость степени повышения давления в компрессоре пк, давления и температуры г на выходе из компрессора от Л? для фреонов и аммиака 4717.
Степень повышения давления п для всех (кроме водяного пара) рабочих тел примерно одинакова и не превос-
n=k/k.,
Рис. 2. Поправочный коэффициент в формуле (7) в зависимости от At при 1н2 = 10 °С
Рис. 3. Характеристики компрессора (п , рл, t) для разных рабочих тел
ходит 6. Давление и температура на выходе из компрессора для фреонов не превосходит 1,5 МПа и 100 °С соответственно. У аммиака давление намного выше и достигает 4,6 МПа, а температура 185 °С.
При использовании водяного пара ТН работает в области вакуума и, несмотря на высокие значения пк = 17...32, давление на выходе из компрессора не превосходите,015...0.06 МПа. Из-за низкой плотности пара и его расхода теплопроизводителыюсть ТН намного меньше, чем на фреонах и особенно на аммиаке.
Из сказанного можно сделать следующие выводы.
f Коэффициенты преобразования всех рабочих тел мало отличаются друг от друга и при А/ = 25...35 °С составляют 5,2...4,6.
<Поправочный коэффициент п = k/kt в формуле (7) увеличивается с ростом Д/ и при Д/ = 25...35 °С п =0,4...0,47.
/'Степени повышения давления в компрессоре для всех рассмотренных рабочих тел (кроме водяного пара) примерно одинаковы и составляют 3,5.. 4.5.
f При использовании водяного пара в контуре ТН лк = 17...32 придавлений на выходе из компрессора в 2...6 раз меньше атмосферного.
<Чем выше температура кипения и ниже молекулярная масса и теплоемкость, тем больше величина к при использовании рабочего тела в цикле ТН.
Список литературы
1. Варгафтик І/.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М: Наука, 1972.
2. ASHRAE Handbook-Fundamentals, 2005.
